admin
Рабочий принцип диода. Вольт-амперная характеристика.
Пробои p-n перехода.
Добрый день дорогие читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как появляется в нем ток.
Сегодня мы продолжаем начатую тему и побеседуем о рабочем принципе полупроводниковых диодов.
Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и который предназначен для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и изменения электрических сигналов.
По собственному практичному назначению диоды делятся на выпрямительные, многофункциональные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.
В теории мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в иную нет. Но как, и как он это выполняет, знают и знают не многие.
Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из 2-ух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а остальная — проводимостью n-типа.
Как отличить диод Шоттки от обычного кремниевого диода .
На рисунке отверстия, доминирующие в области p-типа, условно нарисованы красными кружками, а электроны, доминирующие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:
Анод – позитивный электрод диода, в котором ключевыми носителями заряда являются отверстия.
Катод – негативный электрод диода, в котором ключевыми носителями заряда являются электроны.
На наружные поверхности областей нанесены контактные железные слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Этот прибор может находиться лишь в одном из 2-ух состояний:
1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.
Прямое включение диода. Прямой ток.
Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод очутится в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого зависит от приложенного напряжения и параметров диода.
При подобной полярности подсоединения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а отверстия из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их обоюдное поглощение или рекомбинация.
К примеру. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными.
Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться ключевыми носителями в дырочной области – дырками. Аналогичным образом отверстия, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в данной области, и будут также поглощаться ключевыми носителями – электронами.
Контакт диода, совмещённый с негативным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа фактически довольно большое количество электронов, пополняя убывание электронов в данной области. А контакт, совмещённый с позитивным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же кол-во электронов, за счёт чего восстанавливается концентрация дырок в области p-типа.
Аналогичным образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а это означает, через диод будет течь ток, именуемый прямым током диода Iпр.
Обратное включение диода. Обратный ток.
Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод очутится в закрытом состоянии.
В данном случае электроны в области n-типа станут передвигаться к позитивному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и отверстия, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, двигаясь к негативному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы увеличиться, отчего образуется территория обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.
Но, так как в любой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то маленькой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Благодаря этому через диод станет протекать ток в несколько раз меньший, чем прямой, и такой ток именуют обратным током диода (Iобр).
В основном, как показала практика, обратным током p-n перехода не берут в учет, и отсюда выходит вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.
Прямое и обратное напряжение диода.
Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток именуют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток именуют обратным (Uобр).
При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление увеличивается до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом легко удостовериться, если обмерить обратное сопротивление диода прибором для измерения электрического (омического) сопротивления.
Сопротивление p-n перехода диода величина не неизменная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод.
В состоянии "закрыто" на диоде падает фактически все напряжение, стало быть, обратный ток, который проходит через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.
К примеру. Если включить диод в цепь электрического тока, то он будет открываться при позитивных полупериодах на аноде, беспрепятственно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при негативных полупериодах на аноде, практически не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр).
Данные показатели диодов применяют для изменения электрического тока в постоянный, и подобные диоды именуют выпрямительными.
Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.
Зависимость тока, который проходит через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.
На графике ниже запечатлена такая кривая. По вертикальной оси сверху обозначены значения прямого тока (Iпр), а снизу — обратного тока (Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).
Вольт-амперная характеристика состоит как бы из 2-ух ветвей: прямая ветвь, в правой части сверху, отвечает прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответственная обратному (закрытому) току через диод.
Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и определяет быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет практически параллельно горизонтальной оси и определяет медлительный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие маленького обратного тока считается минусом диодов.
Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раза больше обратного тока (Iобр).
При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток сначала увеличивается неторопливо, а потом начинается участок быстрого нарастания тока. Это можно объяснить тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.
К примеру. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равён 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток увеличивается до 150mA (точка «б» на графике).
Но такое увеличение тока приводит к процесса нагрева молекулы полупроводника. И если кол-во выделяемого тепла будет побольше отводимого от кристалла настоящим путем, либо при помощи специализированных устройств охлаждения (отопительные приборы), то в молекуле проводника могут случиться необратимые изменения аж до разрушения кристаллической решётки.
Благодаря этому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Чтобы это сделать применяют ограничительный резистор, включеный постепенно с диодом.
У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.
При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток возрастает несущественно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
К примеру. Возьмём диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:
Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
Iобр max – самый большой обратный ток, мкА.
При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как несущественно растет обратный ток (точка «в» на графике). Однако при будущем увеличении напряжения, более самого большого, на которое рассчитывается p-n переход диода, происходит внезапное увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как последствие, приходит пробой p-n перехода.
Пробои p-n перехода.
Пробоем p-n перехода именуется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением конкретного критического значения. Отличают электрический и тепловой пробои p-n перехода.
Со своей стороны, электрический пробой делится на туннельный и лавинный пробои.
Электрический пробой.
Электрический пробой появляется в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой считается обратимый, другими словами он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода будут сохранены.
К примеру. В этом режиме работают стабилитроны – диоды, предназначающиеся для стабилизации напряжения.
Туннельный пробой.
Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который вырисовывается в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе небольшой толщины, некоторые электроны проникают (просачюются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения собственной энергии. Тонкие p-n переходы возможны исключительно при большой концентрации примесей в молекуле полупроводника.
В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может быть в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).
Для туннельного пробоя свойственен внезапный рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – в большинстве случаев несколько вольт. На основе такого результата работают туннельные диоды.
Благодаря собственным особенностям туннельные диоды применяются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.
Лавинный пробой.
Лавинный пробой состоит в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что могут выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в территорию проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Появившиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, организуя следующие пары электрон – дырка.
Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при фактически неизменном напряжении.
Диоды, где применяется эффект лавинного пробоя применяются в мощных выпрямительных агрегатах, используемых в металлургической и химической промышленности, ЖД транспорте и в остальных электротехнических изделиях, в которых может появиться обратное напряжение выше допустимого.
Тепловой пробой.
Тепловой пробой появляется в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем стойкость теплового режима перехода.
При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и слабеет связь валентных электронов с ними.
Появляется вероятность перехода электронов в территорию проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При скверных условиях отдачи тепла от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.
На этом давайте закончим, а в следующей части разберем устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
Удачи!
1. Борисов В.Г — молодой радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды.
Параметры, методы измерений. 1968г.
ВАХ диода. Прямой и обратный ток.
Прямой и обратное напряжение. Напряжение пробоя.
(ВАХ) — график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Очень часто рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется показателем нелинейности
потому как для линейных элементов ВАХ собой представляет прямую линию и не представляет особенного заинтересованности.
Нелинейность ВАХ вызвана тем, что сопротивление НЭ зависит от приложенного напряжения (диоды, стабилитроны) или от тока (терморезисторы). ВАХ нелинейных элементов описывается уравнениями, степени которых выше первой. Т.к сопротивление НЭ величина переменная, то мгновенное значение тока в них не пропорциональны мгновенным значениям напряжения. (стр.117 методичка)
Прямой и обратный ток. Прямое и обратное напряжение.
Когда сопротивление р — n перехода мало, через диод течет ток, именуемый прямым током. Чем больше площадь р — n перехода и напряжение источника питания, тем больше этот прямой ток. Если полюсы элемента заменить местами, диод окажется в состоянии "закрыто".
Образуется территория, обедненная электронами и дырками, она оказывает току очень серьезное сопротивление. Однако в данной зоне маленькой обмен носителями тока между областями диода все же произойдет.
Благодаря этому через диод пойдёт ток, но в несколько раз меньший, чем прямой. Этот ток именуют обратным током диода. Если диод включать в цепь с электрическим током, он будет открываться при позитивных полупериодах на аноде, беспрепятственно пропуская ток одного направления — прямой ток Iпр., и закрываться при негативных полупериодах на аноде, практически не пропуская ток противоположного направления — обратный ток Iобр.
Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, именуют прямым(Uпp.) , а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток, именуют обратным (Uобр.) При прямом напряжении сопротивление диода замечательного качества не превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его сопротивление достигнет десятков, сотен килоом и даже мегаом.
Напряжение пробоя.
Диэлектрик, пребывав в электрическом поле, теряет собственные электроизоляционные свойства, если напряженность поля превысит определённое критическое значение. Явление это называется пробоя диэлектрика или нарушения его электрической прочности.
Свойство диэлектрика сопротивляться пробою именуется электрической прочностью (Епр). Напряжение, при котором происходит пробой изоляции, именуют пробивным напряжением (Uпр).
Электрическая надёжность определяется пробивным напряжением, отнесенным к толщине диэлектрика в месте пробоя: Епр = Uпр/h, где h – толщина диэлектрика.
Дата добавки: 2015-04-16 ; просмотров: 15 ; Нарушение авторских прав
Что такое «прямое» и «обратное» напряжение во время работы с диодами?
В чем разница между «прямым» и «обратным» напряжениями во время работы с диодами и светоизлучающими диодами?
Я понимаю, что на данный вопрос есть ответы в остальных местах, например как википедия, но я ищу короткое резюме, которое не считается техническим обсуждением и более хорошим советом для тех, кто применяет диоды в хобби-схеме.
7 ответов
Прямое напряжение — это падение напряжения на диоде, если напряжение на аноде более положительное, чем напряжение на катоде (если вы подсоедините + к аноду).
Вы будете применять это значение для расчета рассеиваемой мощности диода и напряжения после диода.
Обратное напряжение — это падение напряжения на диоде, если напряжение на катоде более положительное, чем напряжение на аноде (если вы подсоедините + к катоду).
В большинстве случаев это значительно больше, чем прямое напряжение. Как и в случае прямого напряжения, ток будет течь, если подключенное напряжение превосходит это значение. Это называют «неполадка».
Традиционные диоды в большинстве случаев приходят в негодность, но с диодами Z и Zener данный эффект применяется намеренно.
Прямое смещение — это когда анод (заостренная часть символа) позитивный, а катод (полоса) негативный. Обратное смещение — это когда анод негативный, а катод позитивный. Много тока течет, когда диод смещен вперед, при условиях, что напряжение выше 0,6 В или около того для кремниевого диода или 0,3 В или около того для германиевого устройства.
Очень минимальное количество тока течет, если диод смещен в обратном направлении.
Если у вас есть DVM и несколько диодов, вы можете проверить это сами. Выводы с диодным катодом в большинстве случаев обозначаются полосой, благодаря этому, если вы переключите DVM в режим невысокого сопротивления и подсоедините выводы через диод в двоих направлениях, вы обязаны увидеть невысокое сопротивление в одном направлении и высокое сопротивление в ином направлении при условиях, что DVM подает достаточно большое напряжение.
Некоторые DVM имеют специализированную настройку тестирования диодов, которая легче в применении.
Светоизлучающие диоды в большинстве случаев имеют ровную поверхность относительно катодного провода.
В большинстве случаев прямое напряжение — это напряжение, при котором ток начинает течь в нормальном проводящем направлении (как сказано выше, он находится где-нибудь в диапазоне 0,3-0,6 В)
Обратное напряжение — это то же самое — это напряжение, при котором ток начинает течь, когда диод находится в в большинстве случаев непроводящей области — это также точка, в которой диод может преобразиться в обугленный волнение, как все внутреннее полупроводниковое вещество преобразуется в месиво (подберите значение, несколько большее, чем самое большое ПИК [не среднеквадратичное] напряжение электрического тока, которое увидит диод)
Чтобы информация тут была в тягость, и я желал бы знать, где найти моего потомка, я бы добавил обычные прямые напряжения для обыкновенного светоизлучающего диода в качестве краткого справочника для абсолютно всех. (И еще благодаря тому, что мне нравится копать старую ветку 18 декабря.)
Typically, the forward voltage of an LED is about 1.8–3.3 volts; it varies by the color of the LED. A red LED typically drops 1.8 volts, but voltage drop normally rises as the light frequency increases, so a blue LED may drop around 3.3 volts.
Указатель прямого напряжения на светоизлучающих диодах
- ИК светоизлучающий диод падает приблизительно на 1,5 В
- Красный :
2 В
Янтарь :
2 В
Жёлтый :
2 В
Зеленый :
2,5 В
Синий :
3,5 В
Белый :
3,5 В
Лазерные диоды:
1,5 В, но способны значительно отличаться в зависимости от длины волны (к примеру, от 375 нм до 3300 нм )
Введение в диоды и выпрямители
Диод – это электрическое устройство, позволяющее току проходить через него в одном направлении с намного большей легкостью, чем в ином. Очень популярным типом диодов в сегодняшней схемотехнике считается полупроводниковый диод, хотя есть и иные диодные технологии.
Относительное обозначение полупроводниковых диодов на электрических схемах показано на рисунке ниже. Термин «диод» в большинстве случаев применяется для маленьких сигнальных устройств, I ? 1 А. Термин выпрямитель применяется для мощных устройств, I > 1 А.
Относительное графическое обозначение полупроводникового диода по ГОСТу
Еще одно относительное обозначение полупроводникового диода: стрелки показывают направление движения потока электронов
Если поместить диод в обычную цепь между батареей и лампой, он либо разрешит, либо запретит протекание тока через лампу, в зависимости от полярности приложенного напряжения (рисунок ниже).
Работа диода: (a) Протекание тока разрешается; диод смещен в прямом направлении. (b) Протекание тока запрещено; диод смещен в обратном направлении.
Когда полярность батареи такая, что электроны могут протекать через диод, то говорится, что на диод подано прямое смещение. И наоборот, когда батарея подключена «наоборот», и диод блокирует протекание тока, говорится, что на диод подано обратное смещение.
Диод может рассматриваться как выключатель: «замкнут» при прямом смещении и «разомкнут» при обратном смещении.
Как ни удивительно, направление «стрелки» на условном обозначении диода указывает в сторону, противоположную направлению потока электронов. Это так благодаря тому, что относительное обозначение было придумано инженерами, которые как правило применяют классическое обозначение тока на собственных схемах, показывающее переменный ток, как поток зарядов от положительной (+) стороны источника напряжения к отрицательной (-) стороне.
Это соглашение правильно для абсолютно всех условных обозначений полупроводниковых приборов, обладающих «стрелками»: стрелка указывает по направлению, разрешенном для обыкновенного тока, и противоположном направлению, позволенному для потока электронов.
Поведение диода подобно поведению гидравлического устройства, называемого клапаном обратного типа. Клапан обратный позволяет протекать потоку жидкости через него только в одном направлении (рисунок ниже).
Аналогия с на гидравлике клапаном обратного типа: (a) Поток электронов разрешен. (b) Поток электронов запрещен.
Обратные клапаны считаются устройствами, управляемыми давлением: они открыты и позволяют поток, если давление через них имеет «полярность», правильную для открытия затвора (в показанной аналогичности давление жидкости с правой стороны должно быть больше, чем слева). Если давление отвечает противоположной «полярности», разница давлений через клапан обратный закроет и будет удерживать затвор так, что не будет никакого потока.
Как и обратные клапаны, диоды являются устройствами, управляемыми «давлением» (напряжением). Главная разница между прямым и обратным смещениями заключается полярности напряжения, падающего на диоде. Давайте детальнее рассмотрим показанную раньше обычную схему, которая состоит из батареи, диода и лампы.
На этот раз изучив падения напряжения на самых разных компонентах (рисунок ниже).
Измерение стрессов на схеме с диодом: (a) Прямое смещение. (b) Обратное смещение.
Диод, смещенный в прямом направлении, проводит ток, и на нем падает маленькое напряжение, оставляя немалую часть напряжения батареи на лампе. Если полярность батареи поменять, то на диод будет подано обратное смещение, и на нем будет падать все напряжение батареи, не оставляя ничего для лампы.
Если мы будем рассматривать диод как самостоятельный выключатель (замкнут в режиме прямого смещения и разомкнут в режиме обратного смещения), это поведение приобретает смысл. Наиболее значительная отличие от выключателя состоит в том, что в режиме пропускания тока на диоде падает намного большее напряжение если сравнивать с традиционным механическим выключателем (0,7 вольта против десятков милливольт).
Это падение напряжения при прямом смещении, демонстрируемое диодом, вызвано действием обедненной области, образованной P-N переходом под действием приложенного напряжения. Если к полупроводниковому диоду не приложено никакое напряжение, есть тонкая обедненная область вокруг области P-N перехода, предотвращающая протекание тока (рисунок ниже (a)). Обедненная область практически лишена носителей заряда и функционирует как диэлектрик:
Представления диода: модель PN-перехода, относительное обозначение, реальная радиодеталь
Относительное обозначение диода показано на рисунке выше (b) аналогичным образом, что анод (указывающий конец) отвечает полупроводнику P-типа на (a). Полоса катода, не указывающий конец, на (b) отвечает материалу N-типа на (a).
Также напомним, что полоса на реальном элементе (c) отвечает катоду на условном обозначении.
Если на P-N переход подается напряжение обратного смещения, это расширяет обедненную область, делая больше сопротивление протеканию тока через диод (рисунок ниже).
Обедненная область становится шире при обратном смещении
И наоборот, если на P-N переход подано напряжение прямого смещения, обедненная область рушиться, становясь тоньше. Диод оказывает меньшее сопротивление протеканию через него тока. Для устойчивого протекания тока через диод, обедненная область в нем должна быть уничтожена приложенным напряжением.
Чтобы это сделать нужно определенное небольшое напряжение, называемое прямым напряжением, как показано на рисунке ниже.
Полупроводниковый диод
Увеличение прямого смещения от (a) до (b) понижает толщину обедненной области
Для кремниевых диодов типовое значение прямого напряжения составляет 0,7 вольта. Для германиевых диодов прямое напряжение составляет всего 0,3 вольта.
На номинальное значение прямого напряжение диода оказывает влияние состав его P-N перехода, благодаря этому кремниевые и германиевые диоды обладают такими разнообразными значениями прямого напряжения. Прямое падение напряжения остается примерно постоянным в большом диапазоне токов, протекающих через диод, а это значит, что падение напряжения на диоде не похоже на падение напряжения на резисторе либо даже простом (замкнутом) выключателе.
Для наиболее упрощенного анализа схемы падение напряжения на диоде в режиме пропускания тока можно считать постоянным, равным номинальному значению и не которые связаны с величиной электрического тока.
В действительности, прямое падение напряжения является очень непростым. Уравнение, приведенное ниже, описывает точный ток через диод, беря во внимание падение напряжения на переходе, температуру перехода и несколько физических констант. Это уравнение наиболее известно, как уравнение Шокли для диода:
- ID – ток, который проходит через диод, в амперах;
- IS – ток насыщения диода, в амперах;
- e – неизменная Эйлера (
2,718281828);
Значение kT/q описывает напряжение, создаваемое в середине P-N перехода из-за воздействия температуры и называемое тепловым напряжением, или Vt, перехода. При температуре 20 градусов оно составляет приблизительно 26 милливольт. Зная это, и думая, что показатель «неидеальности» равён 1, мы можем облегчить уравнение Шокли для диода и переписать его так:
- ID – ток, который проходит через диод, в амперах;
- IS – ток насыщения диода, в амперах;
- e – неизменная Эйлера (
2,718281828);
Для анализа обычных схем с диодами вам не надо знать уравнение Шокли для диода. Просто знайте, что падение напряжение на диоде в режиме пропускания тока изменятеся с величиной протекающего через диод тока, однако это изменение очень мало в большом диапазоне значений тока. Благодаря этому многие учебники просто поговаривают, что падение напряжение на полупроводниковом диоде в режиме пропускания тока остается постоянным на уровне 0,7 вольта для кремниевых диодов и 0,3 вольта для германиевых диодов. Все таки, некоторые схемы намеренно применяют свойственную P-N переходу экспоненциальную зависимость тока от напряжения и, аналогичным образом, могут быть поняты только в контексте данного уравнения. Более того, потому как температура считается одной из составляющих уравнения Шокли для диода, P-N переход с прямым сдвигом может быть также применен в качестве устройства, чувствительного к температуре, работа которого может быть понята исключительно при понимании идеи этой математической связи.
Диод с обратным сдвигом предохраняет протекание через него тока, из-за расширенной обедненной области. На самом деле, маленькой ток всё-таки может пройти и идет через диод с обратным сдвигом. Данный ток именуется током утечки и может быть проигнорирован во многих случаях. Возможность диода держать напряжения обратного смещения ограничено, как у любого диэлектрика. Если приложенное напряжение обратного смещения становится очень уж большим, диод будет испытывать состояние, знаменитое как пробой (рисунок ниже), которое как правило для диода разрушительно. Значение самого большого напряжения обратного смещения известно как максимальное обратное напряжение и может быть получено из данных, предоставляемых изготовителем. Как и прямое напряжение, значение самого большого обратного напряжения диода зависит от температуры; только отличие состоит в том, что максимальное обратное напряжение возрастает с повышением температуры и становится меньше при охлаждении диода – поведение, точно противоположное поведению прямого напряжения.
Вольт-амперная характеристика диода, показывающая изгиб при 0,7 В прямого смещения для Si и пробой при обратном смещении.
В основном, значение самого большого обратного напряжения стандартного выпрямительного диода составляет не менее 50 вольт при температуре 20 градусов. Диоды со значениями самого большого обратного напряжения в тысячи вольт также доступны.
Что такое прямое напряжение. Чем отличается прямой диод от обратного диода
Обратный ток диода / 0, если утечки малы, практически не зависит от напряжения на р — / г-переходе, однако в сильной степени зависит от температуры. При достижении напряжения пробоя обратный ток резко увеличивается за счёт лавинного, или Зенеровского, пробоя. Если прибор не рассчитывается конкретно для работы в области пробоя (как, к примеру, стабилитрон и обращенный диод), то вслед за лавинным приходит и тепловой пробой, и диод погибает.
Стоит сказать, что иногда тепловой пробой развивается до недавнего времени всех других.
Обратный ток диода растет с увеличением обратного напряжения. Основными причинами различия обратных ветвей характеристики настоящего и безупречного диодов являются ток т е р м о — генерации в объеме и на поверхности перехода и ток утечки по поверхности перехода.
В германиевых диодах при температуре 20 градусов ток термогенерации мал и обратный ток близок к току насыщения. В кремниевых диодах при температуре 20 градусов ток термогенерации считается главной составляющей обратного тока.
Обратный ток диода зависит от температуры корпуса еще сильнее и имеет позитивный показатель. Так, при увеличении температуры на каждые 10 С обратный ток германиевых диодов возрастает в несколько раз, а кремниевых — 2 5 раза.
| Схема замещения фотодиода.| Семейство вольт-амперных параметров фотодиода.| Относительная спектральная чувствительность г германиевых и кремниевых фотодиодов. |
Обратный ток диода увеличивается при освещении p — n — перехода. Данный эффект может применяться для фотометрических измерений.
Для этой цели в корпусе фотодиода выполняется прозрачное окно. На рис. 10.5 показано схемное обозначение фотодиода, на рис.
10.6 приведена его схема замещения, а на рис. 10.7 продемонстрировано семейство параметров.
Для фотодиодов отличительно наличие тока короткого замыкания, который пропорционален его освещенности, благодаря этому в отличии от фоторезисторов фотодиод может применяться без дополнительного источника питания. Чувствительность фотодиодов в большинстве случаев будет примерно 0 1 мкА / лк. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок почти что не меняется.
Этот режим работы фотодиода предпочтителен, когда потребуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается своя емкость р-п-пе-рехода.
Обратный ток диода изме-ряется микроамперметром ИТ. Выходное сопротивление генератора постоянного напряжения должно быть довольно малым, так как анодное напряжение ГН не должно меняться более чем на 1 % при изменении величины / обр от нуля до самого большого (для испытываемого диода) значения. Вольтметр включают до измерителя тока и его блока защиты БЗ.
Благодаря этому падение напряжения на измерителе тока и токонесущих элементах схемы защиты не должно быть больше 2 % от устанавливаемой величины обратного напряжения. Если генератор напряжения питается от сети, то пульсации на его выходе не должны быть больше 1 % от напряжения на выходе.
Обследование вольт-амперной характеристики полупроводникового диода
Цель работы: Выучить характерности, режимы и принципы функционирования полупроводникового диода.
Теоретическое введение
Рабочий принцип диодов основывается на процессах, протекающих вследствие образования p-n-перехода.
Изучим терминологический аппарат.
Полупроводник — это материал
Если легировать 4-валентный полупроводник (к примеру, кремний) 5-валентной примесью (к примеру, фосфором) мы получаем полупроводник n-типа донорной . Дополнительный пятый электрон донорной примеси легче переходит в свободное состояние и перенос заряда выполняется свободными электронами.
Для полупроводника n-типа проводимости электроны являются ключевыми носителями заряда . Отверстия — неосновные носители заряда .
При легировании 4-валентного полупроводника (к примеру, кремния) 3-валентной примесью (к примеру, бором) получаем полупроводник p-типа . В данном случае примесь именуется акцепторной . Потому как 3-валентная примесь, для оснащения нормальной ковалентной связи в кристаллической решётке, забирает один недостающий электрон кремния, в валентной зоне появляется дырка. Благодаря чему перенос заряда в полупроводнике p-типа имеет дырочную природу.
Для полупроводника p-типа отверстия будут являться ключевыми носителями заряда. Электроны — неосновные носители заряда.
Контакт полупроводников n-типа и p-типа, из-за разности концентраций ключевых носителей заряда, приводит к появлению неподвижного объемного заряда и, как последствие, к нелинейной зависимости тока от подаваемого на p-n-переход напряжения. Такое свойство легло в рабочую основу полупроводникового диода.
Потому как простым соединением полупроводников различного типа нельзя добиться образования p-n-перехода, из-за высокой дефектности границы, контакта p- и n-областей добиваются путем легирования ограниченной области полупроводника однотипны примесью иного типа.
Рис. 1. Легирование полупроводника n-типа примесью p-типа для образования p-n-перехода.
Равновесное состояние p-n-перехода
Пускай внутренняя граница раздела 2-ух областей полупроводника с разным типом проводимости считается поверхность ММ (см. рис. 2).
Слева находится полупроводник p-типа, с правой стороны — n-типа.
Т.к. в полупроводнике n-типа концентрация свободных электронов существенно превосходит их концентрацию в находящемся по соседству полупроводнике p-типа, появляется градиент концентрации, заставляющий ключевые носители заряда (в таком случае электроны) диффундировать в соседнюю область.
Аналогичным образом, из полупроводника n-типа ключевые носители заряда (электроны) диффундируют в p-область. Им на встречу, увлекаемые все тем же градиентом концентрации, из p-области в n-область двигаются отверстия.
Ч.4 Диоды и их разновидности
Мы имеем диффузионные потоки ключевых носителей заряда через p-n-переход.
При этом электроны, перешедшие из n-области в p-область, рекомбинируют вблизи границы раздела таких областей с дырками p-области; аналогично отверстия, перешедшие из p-области в n-облатсь, рекомбинируют тут с электронами данной области. Благодаря этому в приконтактном слое n-области почти что не остается свободных электронов и в нем сформировывается неподвижный объемный позитивный заряд ионизированных доноров.
В приконтактном слое p-области почти что не остается дырок и в нем сформировывается неподвижный объемный негативный заряд ионизированных акцепторов.
Неподвижный объемный заряд делает в p-n-переходе контактное электрическое поле с конкретной разностью потенциалов, локализованное в области перехода и почти что не выходящее за его приделы. Благодаря этому вне слоя, где поля нет, свободные носители заряда двигаются все также беспорядочно и число носителей, за одну секунду наталкивающихся на слой объемного заряда, зависит лишь от их концентрации и скорости теплового движения.
Если в слой объемного заряда влетает неосновной носитель (электрон для p-области или дырка для n-области), то контактное поле подхватывает его и перебрасывает через данный слой. Получается, что любой неосновной носитель заряда, налетающий на p-n-переход, идет через него.
Наоборот, ключевые носители заряда (электроны для n-области и отверстия для p-области) могут перелетать через слой объемных зарядов лишь к примеру, если кинетическая энергия их движения вдоль оси x достаточна для преодоления контактной разности потенциалов. Благодаря этому, как только появляются объемные заряды у границы раздела ММ, потоки ключевых носителей, пересекающих эту границу, становятся меньше.
Если, но, эти потоки все еще превышают встречные потоки неосновных носителей, остающиеся постоянными, объемный заряд будет становиться больше. Это увеличение длится до той поры, пока потоки ключевых носителей, уменьшаясь, не сравняются с потоками неосновных носителей. Аналогичным образом, ставится динамическое равновесное состояние перехода .
Рис. 2. P-n-переход и объемный заряд.
Прямое и обратное смещение p-n-перехода
Рассмотрим явления, происходящие в диоде, к которому приложена разница потенциалов от внешнего источника напряжения.
Смещение, при котором плюс источника подсоединен к n-области, а минус — к p-области именуется обратным (см. рис. 3).
Рис. 3. Обратное смещение на p-n-переходе.
Внешнее поле Е вн вызывает дрейф ключевых носителей заряда в направлениях, перечисленных стрелками на рис. 3. Аналогичным образом, общая масса электронов n-области и дырок p-области отходит от p-n-перехода, обнажая при этом новые слои ионизированных доноров и акцепторов, т. е. расширяя область объемного заряда до размера d 0 + ?d.
При прямом смещении (плюс источника напряжение присоединяется к p-области, а минус — к n-области) возникающее в объеме n- и p-областей электрическое поле вызывает приток ключевых носителей к области объемного заряда p-n-перехода. Контактная разница потенциалов при этом уменьшается до значения V k – V. При этом заряды, сделанные внешним источником напряжения на омических контактах, оказываются перенесенными на границы области объемного заряда и она сужается до размеров d 0 – ?d (см. рис.
4).
Рис. 4. Прямое смещение на p-n-переходе.
Прямой и обратный токи p-n-перехода
В данном случае на вольт-амперной характеристике будет наблюдаться лишь обратный ток неосновных носителей, попавших в область объемного заряда за счёт дрейфа.
Прямое смещение уменьшает возможный барьер для ключевых носителей заряда, что приводит к росту прямого диффузионного тока. Ключевые носители заряда, гонимые градиентом концентрации, устремляются через понизившийся возможный барьер и прямой диффузионный ток через p-n-переход, в данном случае, существенно превысит обратный ток дрейфа неосновных носителей заряда.
Аналогичным образом, подача внешнего смещения на p-n-переход выводит его из состояния динамического равновесия.
Простроим вольт-амперную характеристику p-n-перехода (см. рис. 5).
^ Рис. 5. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода.
Как видно из рис. 5., при очень больших обратных смещениях появляется внезапное увеличение обратного тока. Это связано с событием пробоя p-n-перехода .
Пробой p-n-перехода
В зависимости от параметров физических процессов, обуславливающих внезапное возрастание обратного тока, отличают 4-ре основных типа пробоя: туннельный , лавинный , тепловой и поверхностный .
При протечке обратного тока в p-n-переходе выделяется теплота и его температура увеличивается. Увеличение температуры определяется качеством теплоотвода.
Увеличение температуры вызывает увеличение обратного тока, что, со своей стороны, приводит к новому росту температуры и обратного тока и т. д. Ток начинает увеличиваться лавинообразно и приходит тепловой пробой p-n-перехода.
В очень широких p-n-переходах при высоких обратных смещениях неосновные носители могут покупать в поле перехода настолько большую кинетическую энергию, что оказываются вызывающими ударную ионизацию полупроводника. В результате ударной ионизации могут возникать дополнительные носители заряда (электрон-дырочные пары), растаскиваемые полем объемного заряда по направлению тока дрейфа (обратного тока).
Дополнительные носители также могут вызвать ударную ионизацию, что приводит к появлению лавинного пробоя и резкому увеличению обратного тока.
Диоды, предназначающиеся для работы в этом режиме, именуют стабилитронами . Их делают из кремния, так как кремниевые диоды имеют очень крутую ветвь ВАХ в области пробоя и в большом диапазоне рабочих токов у них не появляется теплового пробоя.
При приложении к p-n-переходу довольно высокого обратного смещения возможен прямой туннельный переход электронов из валентной зоны p-области в территорию проводимости n-области. С увеличением обратного смещения толщина барьера уменьшается (речь идет собственно о потенциальном барьере на пути электронов из валентной зоны p-области в территорию проводимости n-области, а не о ширине области объемного заряда).
Если p-n-переход достаточно тонок, то при низких значениях обратного смещения можно наблюдать туннелирование электронов через p-n-переход и его пробой.
Заряд, локализующийся на поверхности полупроводника в месте выхода p-n-перехода, может вызвать сильное изменение напряженности поля в переходе и его ширины. В данном случае более вероятным может отказаться пробой верхней области p-n-перехода.
Выполнение работы
Для этого предлагается два диода (стабилитрона), источник напряжения (дающий возможность задавать напряжение в границах 0 — 30 В с шажком 0.1 В), приборы для измерений (мультиметры).
Собрав схему, представленную на рис. 6 курсант должен снять зависимость прямого и обратного тока от прямого и обратного смещения на p-n-переходе исходя из этого.
^ Рис. 6. Схема изучения ВАХ диода.
- Меняя напряжение U вх следует снять зависимость обратного тока (амперметр А) от обратного смещения на p-n-переходе (вольтметр V). Кол-во точек и шаг изменения U вх подобрать таким, чтобы на итоговой ВАХ диода было видно увеличение обратного тока вблизи нулевого смещения, последующий выход на плато и пробой. Не позволяется выходить в режим глубокого пробоя, чтобы не позволить перегрева диода и поломки прибора.
- Переключить напряжение на прямое смещение и снять зависимость тока (амперметр А) от напряжения на p-n-переходе (вольтметр V) в прямом смещении.
- В процессе получения точек для построения ВАХ записывать напряжение, подаваемые на вход схемы (U вх).
- Данные эксперимента занести в таблицу 1.
- Из таблицы 1, беря во внимание пределы измерения и показания приборов для измерений, изменить экспериментальные данные и занести их в таблицу 2.
- На основе таблицы 2 построить вольт-амперную характеристику диода (подобно рис. 5).
- Повторить инструкции пунктов 1 — 7 для второго стабилитрона лабораторного стенда.
Для наполнения данными таблиц 1 и 2, и еще для построения вольт-амперной характеристики воспользуйтесь компьютерными программами (Excel, Open Office Calc, Гугл документы). Таблицы и графики обязаны быть распечатаны, вырезаны и вклеены в лабораторную тетрадь.
Максимально допустимый ток стабилизации I ст.макс. — это самый большой ток через стабилитрон, при котором температура его р-n-перехода не превышает допустимой. Превышение тока I ст.макс. ведет к тепловому пробою р-n-перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.
Для стабилитронов лабораторного стенда I ст.макс. = 29 мА (данные взяты из таблицы параметров этой марки стабилитрона).
Опираясь на максимальном значении тока стабилизации и максимально возможном напряжении лабораторного источника (30 В) следует вычислить номинал сопротивления R исходя из следующих представлений: при высоком напряжении U вх ток через стабилитрон не должен превысить I стаб.макс.
^ Получившийся номинал сопротивления показать в отчете.
Таблица 1. Экспериментальные данные.
| ^ Напряжение при входе (U вх), В | Напряжение на диоде (V), В | Показания амперметра (А) | Придел шкалы амперметра (А), мА |
Таблица 2. Данные для построение ВАХ.
| ^ Напряжение на диоде, В | Ток в схеме, мА |
| Диод №1. Полярность при входе (а). | |
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
| Диод №1. Полярность при входе (б). | |
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
| Диод №2. Полярность при входе (а). | |
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
| Диод №2. Полярность при входе (б). | |
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
- Поясните принцип образования объемного неподвижного заряда на границе p-n-перехода.
- Почему обратный ток p-n-перехода не меняется при увеличении обратного смещения до наступления пробоя?
- Чем вызвано увеличение тока при подаче прямого напряжения на p-n-переход?
- Какой пробой встречается в стабилитроне? Какая его физическая природа?
- Что показывает амперметр А в схеме на рис. 6?
- Для чего в экспериментальной схеме, изображенной на рис. 6, применяется сопротивление R?
- Что показывает вольтметр V в схеме на рис. 6?
- На диод подается смещение U вх, при появлении тока в схеме напряжение V, падающее на диоде, уменьшается. Где падает разница стрессов U вх – V? Почему при отсутствии тока в схеме U вх = V?
- Меняется ли напряжение на диоде в режиме пробоя c увеличением обратного смещения U вх? Какие выводы из данного идут?
Есть три вида диодов:
Полупроводниковые диоды, про которые и будет идти речь дальше.
В чистом полупроводнике отсутствуют свободные электроны, благодаря этому его проводимость электричества, как и у диэлектрика очень мала. Если добавить в полупроводник примесь, то проводимость становится больше. Для того чтобы заметить изменение электропроводимости, достаточно в чистый полупроводник добавить очень небольшое кол-во примеси – 1 атом примеси на 10 6 атомов полупроводника.
Электрическая проводимость любого вещества зависит от наличия в атоме свободных, слабо связанных электронов на внешней орбите.
Если электрон избавился от соседнего атома, то на месте оборванного электрона возникла новая дырка. Электроны двигаются от негативного к позитивному потенциалу, а отверстия можно рассматривать как такие, что двигаются в обратном направлении.
Также отверстия можно рассматривать как компонент позитивного заряда. Примеси, которые образуют свободные электроны в полупроводнике, называются донорными, а которые выполняют отверстия – акцепторными.
Процесс наполнения неполных валентных связей именуется рекомбинация.
Рисунок 1 – Проводимость полупроводникового диода
p — n переход – это переходной слой, получившийся на границе полупроводников различной проводимости.
Отличают два типа перехода:
Рабочий принцип полупроводникового диода построен на характерности p — n перехода — четко выраженная проводимость, которая зависит от полярности приложенного напряжения (рисунок 1).
На основании представленных параметров материалов создан полупроводниковый прибор – диод.
Рисунок 2 – Обозначение диода
Ключевые электрические параметры диода:
1. І ном – максимальное значение действующего тока через диод, которое его не перегревает.
2. Самый большой импульсный ток – І і. max .
3. Обратное максимальное напряжение U обр.
Все полупроводниковые приборы очень восприимчивы к примесям в воздухе, благодаря этому их располагают в герметичном корпусе из стекла или керамики.
Работа диода при прямом приложенном напряжении имеет следующий вид (ток — черная кривая, напряжение — красная):
Рисунок 3 – Ток и напряжение на диоде
С рисунка видно, что при положительном напряжении диод VD открывается и напряжение имеет небольшое значение, при отрицательном напряжении диод закрывает очень быстро, переставая пропускать через себя ток.
Повсеместно используются если понадобится изменения переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение станет иметь пульсирующий вид, как нарисовано на рисунке 3 – однополупериодное выпрямление, если же использовать диодный мост , то будет сделано двухполупериодное выпрямление.
В получившемся пульсирующем напряжении для электроприборов будет важно действующее значение напряжения . Для трёхфазных систем электроснабжения используют выпрямитель Ларионова.
– разновидность диода, которому специфична вертикально спадающая ВАХ, на которой стабилитрон предназначается продолжительно работать.
Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона
Предназначается для работы в источниках питания для стабилизации напряжения.
Ключевые характеристики: U стабилизации , І min , I max – граничные значения тока через стабилитрон.
Туннельный диод – это диод, которому отличительно наличие в прямой ветке вольт-амперной характеристики участок с обратным сопротивлением. При увеличении прямого напряжения монотонно возрастает выходное значение тока.
Напряжение пробоя такого полупроводника фактически равно нулю.
Рисунок 5 – ВАХ туннельного диода
Применяются в схемах переключения и генераторах электрических колебаний.
Динистор – специализированный диод, который хранит высокое сопротивление до конкретного значения прямого напряжения, после этого сопротивление резко падает и равно величине сопротивления открытого диода.
Рисунок 6 – Вольт-амперная характеристика динистора
Применяют в схемах автоматики и генераторах переменно-линейного напряжения.
Варикап – диод, у которого меняется емкость в зависимости от значения приложенного обратного напряжения.
Используются в электрических схемах, где нужна настройка частоты контура колебания, дробление или умножение частоты.
Отличительные для варикапа параметры:
Общая емкость – измеренная емкость при определенном обратном напряжении;
Показатель перекрытия по емкости – при 2-ух отдельных значениях напряжения отношения емкостей варикапа.
Температурный показатель емкости – относительное изменение емкости, вызванное сменой температуры.
Максимальная частота – та, на которой реактивная составная часть варикапа становится равна активной.
– спец диод, обратная проводимость которого меняется от величины потока света Ф.
Применяются в измерителях потока света и приборах автоматики.
Светоизлучающий диод излучает свет при прохождении через него в прямом направлении переменного тока, цвет свечения определяется химическим составом кристалла.
Характерной спецификой светоизлучающего диода считается экономность – очень небольшое употребление тока (2-5мА).
Есть иной вариант снижения напряжения на нагрузке, но исключительно для цепей постоянного тока. Про смотри тут.
Заместо дополнительного резистора применяют цепочку из постепенно включенных, в прямом направлении, диодов.
PN переход
Всякий смысл заключается в том, что при протечке тока через диод на нем падает «прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, мощности и тока протекающего через него — от 0,5 до 1,2 Волта.
На германиевом диоде напряжение падает 0,5 — 0,7 В, на кремниевом от 0,6 до 1,2 Вольта. Учитывая то, на сколько вольт необходимо уменьшить напряжение на нагрузке, включают подходящее кол-во диодов.
Чтобы уменьшить напряжение на 6 В нужно примерно включить: 6 В: 1,0 = 6 штук кремниевых диодов, 6 В: 0,6 = 10 штук германиевых диодов. Очень распространены и доступны кремниевые диоды.
Вышеприведенная схема с диодами, более громоздка в применении, чем с простым резистором. Но, анодное напряжение, в схеме с диодами, намного стабильнее и слабо зависит от нагрузки.
В чем разница между этими двумя вариантами снижения напряжения на выходе?
На Рис 1 — добавочное сопротивление — резистор (проволочное сопротивление), Рис 2 — добавочное сопротивление — диод.
У резистора (проволочного сопротивления) линейная зависимость между током, проходящем через него и падением напряжения на нем. Во сколько раз становится больше ток, во такое же количество раз становится больше и падение напряжения на резисторе.
Из примера 1: если мы к лампочке подключим параллельно еще одну, то ток в цепи становится больше, с учетом общего сопротивления 2-ух лампочек до 0,66 А. Падение напряжения на добавочном резисторе будет: 12 Ом *0,66 А = 7,92 В. На лампочках остается: 12 В — 7,92 В = 4,08 В. Они будут гореть в пол накала.
Полностью иная картина будет если заместо резистора будет цепочка диодов.
Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может стать больше во много раз, падение напряжения на диоде становится больше всего на несколько десятых вольта.
Т.е. чем больше ток диода, тем (сравнительно с резистором) меньше возрастает его сопротивление. Падение напряжения на диодах мало зависит от тока в цепи.
Диоды в такой цепи выполняют роль стабилизатора электрического напряжения. Диоды следует выбирать по самому большому току в цепи.
Максимально допустимый ток диодов должен составлять более, чем ток в рассчитываемой цепи.
Падения напряжения на отдельных диодах при токе 0,5 А даны в таблице.
В цепях электрического тока, в качестве добавочного сопротивления можно применять конденсатор, индуктивность, динистор или тиристор (с добавкой схемы управления).
П олупроводниками являются вещества, занимающие переходное положение между проводниками и изоляторами, по собственным электропроводящим особенностям.
В полупроводниках, как и в металлах ток из себя представляет упорядоченное движение заряженных частиц.
Впрочем, наряду с перемещением негативных зарядов(электронов) в полупроводниках имеет место упорядоченное перемещение позитивных зарядов, т. н. — дырок .
Отверстия получаются при участии ионов вещества полупроводника — атомов с сбежавшими электронами. В реальности, ионизированные атомы не покидают собственного места, в кристаллической решётке.
В действительности, имеет место поэтапное изменение состояния атомов вещества, когда электроны перескакивают с одного атома, на другой. Появляется процесс, внешне выглядящий, как упорядоченное движение неких условных благоприятно заряженных частиц — дырок .
В обыкновенном, чистом полупроводнике соотношение дырок и свободных электродов 50%:50%.
Но необходимо добавить в полупроводник минимальное количество вещества — примеси, как это соотношение претерпевает большие изменения. В зависимости от свойств добавленного вещества полупроводник приобретает либо ярко выраженную электронную проводимость(n-тип), либо его ключевыми носителями становятся отверстия(p-тип).
Полупроводниковый переход(p-n) сформировывается на стыке 2-ух частей полупроводникового материала, имеющих разную проводимость. Он из себя представляет очень тонкую область, обедненную носителями двоих типов. p-n переход имеет небольшое сопротивление, когда направление тока — прямое, и крайне огромное, когда направление тока — обратное.
Традиционный полупроводниковый диод состоит из одного полупроводникового перехода, снабженного 2-мя выводами — анодом (позитивным электродом) и катодом — негативным электродом. Исходя из этого, диод обладает свойством односторонней проводимости — он хорошо проводит ток в прямом направлении и плохо в обратном.
Что это значит как показала практика?
Представим себе электрическую цепь, которая состоит из батарейки и лампочки накаливания, подключенной постепенно через полупроводниковый диод. Лампочка будет гореть исключительно в случае, если анод (позитивный электрод) подключен к плюсу источника питания (батарейки) а катод (негативный электрод) к минусу — через накальную нить лампочки.
Это и считается прямым включением полупроводникового диода. Если заменить полярность источника питания, включение диода окажется обратным — лампочка гореть не будет. Нужно обратить внимание как смотрится обозначение полупроводникового диода на схеме — треугольная стрелочка, указывающая прямое включение, сходится с общепринятым в электротехнике направлением тока — от плюса источника питания, к минусу.
Вертикальная черточка примыкающая к ней означает преграду для движения тока в обратном направлении.
Есть одно важное требование для правильной работы любого полупроводникового диода. Напряжение источника питания должно быть больше некоторый порог (величину потенциала внутреннего смещения p-n перехода).
Для выпрямительных диодов он в основном — меньше 1 вольта, для германиевых высокочастотных диодов порядка 0,1 вольта, для светоизлучающих диодов может превысить 3 вольта. Данное свойство полупроводниковых диодов можно применять при разработке низковольтных стабилизированных источников питания.
Если диод подключить обратно и понемногу увеличивать напряжение источника питания, в некоторый момент обязательно наступит обратный электрический пробой p-n перехода. Диод начнет пропускать ток и в обратном направлении, а переход окажется испортившимся.
Величина самого большого допустимого обратного напряжения (Uобр.и.) широко разнится у разных типов полупроводниковых диодов и считается довольно существенным параметром.
Вторым, очень важным параметром можно именовать максимальное значение прямого тока-Uпр. Такой параметр зависит от величины падения напряжения на переходе полупроводникового диода, материала полупроводника и теплообменных параметров корпуса.
Применение каких — либо материалов этой страницы, разрешается если есть наличие ссылки на сайт